TWI838066B - 積體電路裝置及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一種積體電路裝置，包含以不含氯的前驅物所形成的鐵電層。根據本揭露，鐵電層可形成為不含氯。鄰近鐵電層的結構亦以不含氯的前驅物來形成。鄰近的結構中不含氯防止了氯擴散至鐵電層之中，以及防止了在與鐵電層的界面形成氯複合物。鐵電層可用於記憶裝置中，諸如鐵電場效電晶體。鐵電層不含氯改善了依時性介電崩潰速率和偏壓溫度不穩定。
Description
本發明實施例是關於積體電路裝置，特別是關於記憶體裝置及其製造方法。
許多現代電子裝置包含了電子記憶體。電子記憶體可為揮發性（volatile）記憶體或者非揮發性（non-volatile）記憶體。非揮發性記憶體能夠在不供電的情況下保留其儲存的資料，然而揮發性記憶體則會在不供電時失去其儲存的資料。動態隨機存取記憶體（dynamic random-access memory；DRAM）為揮發性記憶體並需要經常再新（refresh）。非揮發性記憶體的示例包含電阻式隨機存取記憶體（resistive random-access memory；RRAM）、磁阻式隨機存取記憶體（magnetoresistive random-access memory；MRAM）、鐵電式隨機存取記憶體（ferroelectric random-access memory；FeRAM）、相變記憶體（phase-change memory；PCM）等。
本發明實施例提供一種積體電路裝置，包含裝置，其包含鐵電層，其中鐵電層具有小於1 ppm的氯。
本發明實施例提供一種積體電路裝置，包含記憶單元，其包含鐵電層，其中記憶單元具有漏電流以及依時性介電崩潰速率，其中依時性介電崩潰速率定義為漏電流的初始值除以漏電流自初始值增加一倍的操作時間，以及依時性介電崩潰速率小於將1 ppm的氯加入至鐵電層時依時性介電崩潰速率所增加的量。
本發明實施例提供一種積體電路裝置的形成方法，包含形成記憶單元，記憶單元包含鐵電層，其中形成記憶單元的步驟包含藉由自不含氯的多個氣態前驅物沉積形成鐵電層。
以下揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。此外，本發明實施例可能在各種範例中重複參考數值以及∕或字母。如此重複是為了簡明和清楚之目的，而非用以表示所討論的不同實施例及∕或配置之間的關係。
再者，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在……之下」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」等類似用詞，是為了便於描述圖式中一個（些）部件或特徵與另一個（些）部件或特徵之間的關係。空間相對用詞用以包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時（旋轉90度或其他方位），其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。
各種的積體電路（integrated circuit；IC）裝置包含了多層的鐵電材料。舉例來說，鐵電記憶體使用鐵電層來進行資料儲存。資料可藉由保留電偶極（dipoles）在鐵電層中的極化來儲存。這些電偶極的第一取向（orientation）可代表邏輯「1」，而第二取向可代表邏輯「0」。鐵電材料可採用多種的記憶體結構。在一些實施例中，鐵電記憶體包含鐵電層，其設置於用來儲存資料的電容器（capacitor）中的兩個極板（plates）之間。舉例來說，1T1C（one-transistor one-capacitor）記憶體架構可使用鐵電電容器。在一些實施例中，鐵電記憶體具有金屬-鐵電-金屬-絕緣體-半導體場效電晶體（metal-ferroelectric-metal-insulator-semiconductor field-effect transistor；MFMIS-FET）的結構，其中鐵電電容器的底電極耦合至場效電晶體（field-effect transistor；FET）的閘極電極。場效電晶體的閘極電極與鐵電電容器的底電極用作單個浮置（floating）閘極。在一些實施例中，鐵電記憶體具有設置於電晶體結構中的閘極電極與通道之間的鐵電層。鐵電場效電晶體為本揭露的示例。
理想上，鐵電記憶體具有長元件壽命（lifetime）及高可靠性。元件壽命受限於依時性介電層崩潰速率（time-dependent dielectric breakdown rate；TDDB）以及偏壓溫度不穩定性（bias temperature instability；BTI）。依時性介電層崩潰速率表現為在長時間的操作中漏電流的增加。偏壓溫度不穩定性可能與電荷捕集（charge trapping）有關，並表現為在連續的操作中臨界（threshold）電壓的變化。偏壓溫度不穩定性包含正偏壓溫度不穩定性（positive bias temperature instability；PBTI）以及負偏壓溫度不穩定性（negative bias temperature instability；NBTI）。由於尚不清楚依時性介電層崩潰速率以及偏壓溫度不穩定性的原因與機制，因此難以管理鐵電記憶體中依時性介電層崩潰速率以及偏壓溫度不穩定性的發生。
本揭露的發明人判定，藉由自鐵電層及其周圍結構移除氯殘留物，可改善依時性介電層崩潰速率（TDDB）以及偏壓溫度不穩定性（BTI）。本揭露的發明人判斷在鐵電層或其周圍結構的其中一者中，只要1 ppm的氯就可能導致依時性介電層崩潰速率∕偏壓溫度不穩定性，且依時性介電層崩潰速率∕偏壓溫度不穩定性可藉由使用小於1 ppm的氯來生產及維持鐵電層或其周圍結構來顯著地減輕。特別是以HF
xZr
1-xO
2作為組成物的鐵電材料為示例，已經觀察到了由1 ppm的氯所引起的依時性介電層崩潰速率∕偏壓溫度不穩定性。在前述公式中，x的範圍為0至1。前述公式可包含HfO
2、HfZrO
2和ZrO
2。
一般來說，鐵電層是藉由使用氯化金屬前驅物（precursors）進行原子層沉積（atomic layer deposition；ALD）來生產。鐵電層的性能受到層厚的強烈影響。原子層沉積允許精確控制膜層的厚度。氯化金屬前驅物具有非常適合原子層沉積製程的揮發性以及反應速率。鐵電記憶體可包含其他含金屬的膜層，前述膜層通常是藉由使用氯化金屬前驅物的原子層沉積來生產。前述膜層包含功函數（work function）金屬層、電極、以及絕緣層。儘管不希望受到理論的約束，但根據觀察，在所述膜層的任何一層中或鐵電記憶體裝置的金屬電極中，只要有1 ppm的氟就可能導致固定電荷群集（clusters）的發展，特別是在界面上，所述固定電荷群集可能會導致依時性介電層崩潰（TDDB）速率或者偏壓溫度不穩定性（BTI）。
根據本揭露，鐵電記憶單元的鐵電層具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，鐵電記憶單元包含其他含金屬化合物的膜層，但具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，前述其他膜層包含功函數金屬層。在一些實施例中，功函數金屬層包含兩種金屬的合金。在一些實施例中，所述其他膜層包含兩層功函數金屬層。在一些實施例中，兩層功函數金屬層位於鐵電層與電極之間。在一些實施例中，兩層功函數金屬層位於鐵電層的兩側上。在一些實施例中，所述其他膜層包含絕緣層。在一些實施例中，鐵電記憶單元的電極具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，鐵電記憶單元的所有結構具有小於1 ppm的氯。
在一些實施例中，鐵電層是由包含不含氯的金屬化合物的氣態前驅物來生產。在一些實施例中，功函數金屬層是由包含不含氯的金屬化合物的氣態前驅物來生產。在一些實施例中，功函數金屬層是由氣態前驅物來生產，其包含第一金屬的不含氯前驅物以及第二金屬的不含氯前驅物。在一些實施例中，絕緣層是由氣態前驅物來生產，其包含不含氯的金屬化合物。使用不含氯的前驅物可移除氯殘留物。
在一些實施例中，不含氯的前驅物包含了金屬化合物，其中金屬與氧（O）、氮（N）、碳（C）、或上述之組合直接鍵結。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含了金屬化合物，其中金屬與碳直接鍵結。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含了金屬化合物，其中金屬與氧直接鍵結。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含了金屬化合物，其中金屬僅與氧及∕或碳直接鍵結。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含了具有烴（hydrocarbon）官能團（function group）的金屬化合物。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含了具有羰基（carbonyl）官能團的金屬化合物。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含了具有環戊二烯（cyclopentadienyl）複合物（complex）的金屬化合物。在一些實施例中，不含氯的金屬前驅物包含了具有氮官能團的金屬化合物。在一些實施例中，不含氯的金屬前驅物包含了具有氫氟烴（hydrofluorocarbon）官能團的金屬化合物。
在一些實施例中，不含氯的前驅物包含金屬化合物，其中金屬與氮直接鍵結。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含金屬化合物，其中金屬僅與氮鍵結。使用M（NR
1R
2）
4形式的前驅物已獲得了優良的結果，其中M為鋯（Zr）、鉿（Hf）、或類似的材料，而R
1以及R
2為有機官能團。
在一些實施例中，有機官能基為烷烴（alkanes）、烯烴（alkenes）、炔烴（alkynes）、醇（alcohols）、胺（amines）、醚（ethers）、醛（aldehydes）、酮（ketones）、羧酸（carboxylic acids）、酯（esters）、醯胺（amides）、或類似的有機官能基。在一些實施例中，前驅物包含以下一種或多種的：鋯（IV）叔丁醇（zirconium（IV）tert-butoxide；Zr[OC(CH
3)
3]
4或ZTB）；雙（甲基-η5-環戊二烯基）甲氧基甲基鋯（bis（methyl-η5-clyclopentadienyl）methoxymethylzirconium；Zr[CH
3C
5H
4]
2CH
3OCH
3、ZRCMMM、或ZrD-CO4)；四（二甲基胺基）鋯（IV）（tetrakis（dimethylamino）zirconium（IV）；Zr[N(CH
3)
2]
4或TDMAZ）；四（乙基甲基胺基）鋯（IV）（tetrakis（ethylmethylamido）zirconium（IV）；Zr[N(CH
3)(C
2H
5)]
4或TEMAZ）；雙（甲基-η5-環戊二烯基）二甲基鉿（bis（methyl-η5-clyclopentadienyl）dimethylhafnium；Hf[CH
3C
5H
4]
2CH
3OCH
3、HFCMME、或HfD-CO2）；雙（甲基-η5-環戊二烯基）甲氧基甲基鉿（bis（methyl-η5-clyclopentadienyl）methoxymethylhafnium；HfCH
3OCH
3[C
5H
4]
2或HfD-CO4）；四（二甲基胺基）鉿（IV）（tetrakis（dimethylamino）hafnium（IV）；Hf[N(CH
3)
2]
4或TDMAH）；四（乙基甲基胺基）鉿（IV）（tetrakis（ethylmethylamido）hafnium（IV）；Hf[N(CH
3)(C
2H
5)]
4或TEMAH）；或類似的前驅物。
鐵電層可被併入至任何類型的積體電路裝置之中。在一些實施例中，記憶裝置的記憶單元中包含鐵電層。記憶體可為任何類型。在一些實施例中，鐵電記憶體包含在電晶體結構中的鐵電層。在一些實施例中，電晶體具有底閘極。在一些實施例中，電晶體具有頂閘極。在一些實施例中，電晶體處於三維（three-dimensional；3D）記憶體陣列中。在一些實施例中，電晶體具有金屬-鐵電-半導體（metal-ferroelectric-semiconductor；MFS）結構。在一些實施例中，電晶體具有金屬-鐵電-絕緣體-半導體（metal-ferroelectric-insulator-semiconductor；MFIS）結構。在一些實施例中，鐵電記憶體包含電容器結構中的鐵電層。在一些實施例中，記憶體為鐵電隨機存取記憶體（FeRAM），其中鐵電電容器耦合至場效電晶體（FET）的汲極區。在一些實施例中，記憶體具有金屬-鐵電-金屬-絕緣體-半導體（MFMIS）結構，其中鐵電電容器耦合至場效電晶體的閘極。
與在鐵電層中僅多1 ppm的氯的等效鐵電記憶單元相比，本揭露的鐵電記憶單元具有較低的依時性介電崩潰速率（TDDB速率）以及較低的偏壓溫度不穩定性（BTI）速率。依時性介電崩潰速率在短時間的操作中可能不會被很好地表現，但在考慮較長時間的操作時可一致地判定為具有更好的表現，例如在漏電流增加一倍的期間或在韋伯斜率（Weibull slope）下降的期間。因此，為了用於比較，依時性介電崩潰速率可定義為漏電流的初始值除以漏電流自初始值增加一倍的操作時間。或者，依時性介電崩潰速率可在韋伯斜率下降的期間內確定。
本揭露的鐵電記憶單元的鐵電層可由不含氯的前驅物來形成。可透過加入一些氯化前驅物至製程氣體混合中來形成對照鐵電記憶單元的鐵電層。對照鐵電記憶單元將具有比本揭露的鐵電記憶單元更大的依時性介電崩潰速率（TDDB）。在一些實施例中，在鐵電層中具有多1 ppm的氯的對照記憶單元的依時性介電崩潰速率是本揭露的記憶單元的兩倍以上。在一些實施例中，偏壓溫度不穩定性（BTI）速率（定義為臨界電壓在連續操作期間變化的速率）是對照記憶單元的一半或更少。
第1A圖是根據本揭露的一些面向，繪示出具有記憶單元101A的積體電路裝置100A。記憶單元101A包含在電晶體結構中的鐵電層107A。電晶體結構包含閘極電極105A、合金功函數金屬層121A、第二功函數金屬層123A、鐵電層107A、絕緣層109A、通道層111A、源極耦合117A、以及汲極耦合113A。鐵電層107A位於通道層111A和閘極電極105A之間。絕緣層109A為鐵電層107A與通道層111A之間可選的膜層。絕緣層109A與鐵電層107A在界面128A處直接接觸。
閘極電極105A、合金功函數金屬層121A、以及第二功函數金屬層123A可在鐵電層107A下方的基板103A之內。在此配置中，閘極電極105A為底電極。源極耦合117A與汲極耦合113A可為層間介電質115A中的導孔。每個上述結構具有小於1 ppm的氯。
合金功函數金屬層121A位於第二功函數金屬層123A與鐵電層107A之間。第二功函數金屬層123A位於閘極電極105A與合金功函數金屬層121A之間。合金功函數金屬層121A與鐵電層107A在界面126A處直接接觸。第二功函數金屬層123A與鐵電層107A在界面124A處直接接觸。閘極電極105A與鐵電層107A在界面122A處直接接觸。
在一些實施例中，鐵電層107A為HfZrO膜層。在一些實施例中，鐵電層107A的化學式為HF
xZr
1-xO
2，其中x在0至1的範圍內。在一些實施例中，鐵電層107A為HF
xZr
1-xO
2，其中x在0.1至0.9的範圍內。在一些實施例中，鐵電層107A為HF
0.5Zr
0.5O
2。在一些實施例中，鐵電層107A中的HFZrO具有50％以上的t相（四方晶（tetragonal））、o相（正交晶（orthorhombic））、以及c相（立方晶（cubic））的組合，以及50％以下的m相（單斜晶（monoclinic））。在一些實施例中，HFZrO摻雜了能增加2Pr的半徑較小的離子。所述半徑較小的離子包含鋁（Al）、矽（Si）等類似的離子。在一些實施例中，HFZrO摻雜了能增加2Pr的半徑較大的離子。所述半徑較大的離子包含鑭（La）、鈧（Sc）、鈣（Ca）、鋇（Ba）、釓（Gd）、釔（Y）等類似的離子。前述2Pr為鐵電材料的切換極化（switching polarization）的量度。在一些實施例中，鐵電層107A具有氧空缺。
在一些實施例中，鐵電層107A為摻雜鈧（Sc）或其類似物的氮化鋁（AlN）。鐵電層107A可替換為其他的鐵電材料。其它鐵電材料的示例可包含但不限於氧化鉿鋁（HfAlO）、氧化鉿鑭（HfLaO）、氧化鉿鋯（HfZrO）、氧化鉿鈰（HfCeO）、氧化鉿（HfO）、氧化鉿矽（HfSiO）、氧化鉿釓（HfGdO）、或類似的鐵電材料。
鐵電層107A的厚度可為0.1奈米至100奈米。在一些實施例中，鐵電層107A的厚度為1奈米至30奈米。若鐵電層107A太薄，則可能無法在記憶單元101A中提供足夠的臨界電壓切換。如果鐵電層107A太厚，則其可能不具有所需的氧空缺濃度。鐵電層107A具有均勻的厚度，這是藉由原子層沉積（ALD）製程所形成的特性，並包含小於1 ppm的氯。在一些實施例中，鐵電層107A不含氯。
絕緣層109A為介電質。在一些實施例中，絕緣層109A具有範圍為0.1奈米至10奈米的厚度。在一些實施例中，絕緣層109A具有範圍為0.3奈米至3奈米的厚度。若絕緣層109A太薄，則其可能無法發揮作用。若絕緣層109A太厚，則可能干擾記憶單元101A的操作。絕緣層109A具有均勻的厚度，這是藉由原子層沉積（ALD）製程所形成的特性，並且包含小於1 ppm的氯。
絕緣層109A可包含矽（Si）、鎂（Mg）、鋁（Al）、釔（Y）、鑭（La）、鍶（Sr）、釓（Gd）、鈧（Sc）、鈣（Ca）、上述之化合物、上述之組合、或類似的材料。在一些前述的實施例中，絕緣層109A包含兩種或兩種以上的金屬的化合物。在一些實施例中，絕緣層109A包含氧化鉿（HfO
2）。在一些實施例中，絕緣層109A包含含有矽及金屬的化合物。在一些實施例中，絕緣層109A包含氧化鉿（HfO
2）以及矽（Si）。矽對鉿的原子比（atomic ratio）可為10％或以上。在任意前述的實施例中，絕緣層109A可不含氯。
通道層111A為半導體。在一些實施例中，通道層111A是或者包含氧化物半導體。可適用於通道層111A的氧化物半導體包含但不限於氧化鋅（ZnO）、氧化鎂（MgO）、氧化釓（GdO）、氧化銦鎢（InWO）、氧化銦鎵鋅（InGaZnO）、氧化銦鋅（InZnO）、氧化銦鎵鋅錫（InGaZnSnO或IGZTO）、氧化銦錫（InSnO或ITO）、上述之組合、或類似的材料。在一些實施例中，通道層111A是或者包含多晶矽（polysilicon）、非晶（amorphous）矽、矽鍺（SiGe）、或類似的材料。在一些實施例中，通道層111A具有範圍為0.1奈米至100奈米的厚度。在一些實施例中，通道層111A具有範圍為2奈米至30奈米的厚度。在一些實施例中，通道層111A具有範圍為5奈米至20奈米的厚度。在一些前述的實施例中，通道層111A包含金屬化合物，並且包含小於1 ppm的氯。在一些前述的實施例中，通道層111A為包含兩種不同金屬的化合物，且不含氯。
源極耦合117A、汲極耦合113A、以及閘極電極105A可由任何合適的導電材料來形成。前述合適的導電材料可包含摻雜的多晶矽、石墨烯、金屬等類似的材料。在一些實施例中，源極耦合117A、汲極耦合113A、以及閘極電極105A是由金屬所形成。可用於前述部件的金屬的一些示例為鎢（W）、銅（Cu）、釕（Ru）、鉬（Mo）、鈷（Co）、鋁（Al）、鎳（Ni）、銀（Ag）、金（Au）、鈦（Ti）、碲（Te）、鉑（Pt）、鉭（Ta）、上述之組合、上述之合金、或類似的材料。
源極耦合117A以及汲極耦合113A可包含小於1 ppm的氯。在一些實施例中，源極耦合117A以及汲極耦合113A為兩種或兩種以上的金屬的合金。在一些前述的實施例中，每個源極耦合117A以及汲極耦合113A都不含氯。閘極電極105A包含小於1 ppm的氯。在一些實施例中，閘極電極105A為兩種或兩種以上的金屬的合金。在一些前述的實施例中，閘極電極105A不含氯。
第二功函數金屬層123A可為金屬化合物。可用於第二功函數金屬層123A的材料的一些示例為氮化鈦（TiN）、氮化鉭（TaN）、氮化鉬（MoN）、氮化鎢（W）、氮碳化鎢（WCN）、氮化鋯（ZrN）、氮化鉿（HfN）、氧化釕（RuO
x）等類似的材料。第二功函數金屬層123A包含小於1 ppm的氯。在一些實施例中，第二功函數金屬層123A包含兩種或兩種以上的金屬的合金。在一些前述的實施例中，第二功函數金屬層123A不含氯。
合金功函數金屬層121A包含兩種或兩種以上的金屬的合金。在一些實施例中，合金功函數金屬層121A包含三種或三種以上的金屬的合金。在一些實施例中，合金功函數金屬層121A包含四種或四種以上的金屬的合金。合金功函數金屬層121A包含小於1 ppm的氯。在一些實施例中，合金功函數金屬層121A不含氯。前述金屬可來自包含鈦（Ti）、鉭（Ta）、鉬（Mo）、鎢（W）、鋯（Zr）、鉿（Hf）、釕（Ru）、鎳（Ni）、錳（Mn）、鈀（Pd）。鐵（Fe）、鈷（Co）、鈹（Be）、銅（Cu）、鋇（Ba）、釷（Th）、鈣（Ca）、鍶（Sr）、銀（Ag）、釔（Y）、鈰（Ce）、鑭（La）、鋰（Li）、銫（Cs）、以及類似金屬的群集。前述金屬可與氮、碳、氧、或類似的材料形成化合物。明確的示例包含鋯鈰（Zr-Ce）、鎢鈹（W-Be）、銅鋇（Cu-Ba）、鎢鑭（W-La）、鎢釔（W-Y）、鎢鋯（W-Zr）、鎢鈣（W-Ca）、鎢鍶（W-St）、鎢鋰（W-Li）、鎳鋇（Ni-Ba）、鎳銫（Ni-Cs）、鉬釷（Mo-Th）、鉬銫（Mo-Cs）、鉭銫（Ta-Cs）、鉭釷（Ta-Th）、鈦銫（Ti-Cs）、銀鋇（Ag-Ba）、其他功函數金屬的組合、以及類似的材料。
層間介電質115A可為未摻雜的矽酸鹽玻璃（undoped silicate glass；USG）或類似的材料。在一些實施例中，層間介電質115A為低介電常數（low-ĸ）介電質。在一些實施例中，層間介電質115A為超低介電常數（extremely low-ĸ）介電質。低介電常數介電質為具有低於二氧化矽的介電常數的材料。低介電常數介電質的示例包含有機矽酸鹽玻璃（organosilicate glasses；OSG），諸如碳摻雜二氧化矽、氟摻雜二氧化矽（亦稱作氟化石英玻璃（fluorinated silica glass；FSG））、以及有機聚合物低介電常數介電質。有機聚合物低介電常數介電質的示例包含聚亞芳基醚（polyarylene ether）、聚醯亞胺（polyimide；PI）、苯環丁烯（benzocyclobbutene）、以及非晶聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene；PTFE）。超低介電常數介電質為具有約2.1或更小的介電常數的材料。超低介電常數介電質可藉由沉積低介電常數介電質的方式來形成，使其具有孔洞（porosity）或氣隙（air-gaps），從而使包含孔洞和氣隙在內的複合材料的有效介電常數為2.1或更小。層間介電質115A具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，層間介電質115A不含氯。
基板103A可為從矽晶圓或其類似物的晶圓上所切割的晶粒（die）。基板103A可為半導體基板，諸如塊體（bulk）半導體、絕緣體上覆半導體（semiconductor-on-insulator；SOI）基板、或類似的基板。亦可使用其他基板，例如多層或梯度基板。在一些實施例中，基板103A的半導體材料是或包含矽、鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、及∕或銻化銦、矽鍺、磷砷化鎵、砷化鋁銦、砷化鋁鎵、砷化鎵銦、磷化鎵銦、磷砷化鎵銦、上述之組合、或類似的材料。基板103A可以是或者包含介電材料。舉例來說，基板103A可為介電基板，或者可包含位於半導體基板上的介電層。介電材料可為氧化物，諸如氧化矽；氮化物，諸如氮化矽；碳化物，諸如碳化矽；上述之組合，諸如氮氧化矽、碳氧化矽、碳氮化矽；類似的材料；或任意其它合適的介電質。
在記憶單元101A中，閘極電極105A上存在臨界電壓，在此臨界電壓處，通道層111A開始在源極耦合117A與汲極耦合113A之間進行傳導。此臨界電壓可透過改變鐵電層107A之內電偶極的極化來進行寫入和抹除操作。這些電偶極的第一取向提供了可代表邏輯「1」的第一臨界電壓，而這些電偶極的第二取向提供了可代表邏輯「0」的第二臨界電壓。
記憶單元101A的寫入操作可包含將閘極電極105A設定至程式化電壓V
th，同時將源極耦合 117A以及汲極耦合113A進行接地。V
th可為記憶單元101A的最高可能臨界電壓。對於抹除操作來說，閘極電極105A可以設定至-V
th，同時將源極耦合117A和汲極耦合113A進行接地。讀取操作可包含將閘極電極105A設定至介於第一臨界電壓與第二臨界電壓之間的中間電壓，例如½V
th，將源極耦合117A設定至V
dd，將汲極耦合113A進行接地，並確定所產生的電流是否高於或低於臨界值。記憶單元101A的操作包含讀取、寫入、以及抹除操作的組合。可以設定特定的操作協定（protocol）來判斷依時性介電崩潰（TDDB）速率或偏壓溫度不穩定性（BTI）速率。在一些實施例中，操作協定包含施加定電壓應力（constant voltage stress；CVS）。為了判斷偏壓溫度不穩定性速率，可以施加小的閘極電壓脈衝（pulses）來測量V
th，同時持續保持電壓應力。
第1B圖是根據本揭露的一些其他面向，繪示出具有記憶單元101B的積體電路裝置100B。記憶單元101B具有電晶體結構，包含源極區118B、汲極區104B、通道111B、鐵電層107B、絕緣層109B、合金功函數金屬層121B、第二功函數金屬層123B、以及閘極電極105B。源極區118B、汲極區104B、以及通道111B是藉由基板103B的半導體部分所提供。源極區118B以及汲極區104B具有一摻雜類型，通道111B具有與前述相反的摻雜類型。源極耦合117B與源極區域118B連接。汲極耦合113B與汲極區域104B連接。源極耦合117B以及汲極耦合113B為層間介電質115B中的導孔（vias），並且可以與形成在基板103B上方的金屬互連結構連接。閘極電極105B位於鐵電層107B以及通道111B的上方。在此配置中，閘極電極105B為頂閘極。
上方對閘極電極105A的描述適用於閘極電極105B。上方對合金功函數金屬層121A的描述適用於合金功函數金屬層121B。上方對第二功函數金屬層123A的描述適用於第二功函數金屬層123B。上方對鐵電層107A的描述適用於鐵電層107B。上方對絕緣層109A的描述適用於絕緣層109B。上方對基板103A的描述適用於基板103B，但條件是通道111B為半導體。上方對源極耦合117A的描述適用於源極耦合117B。上方對汲極耦合113A的描述適用於汲極耦合113B。
雖然記憶單元101B已被介紹為記憶單元，但同樣的材料配置可用於具有金屬氧化物半導體結構的相關的場效電晶體（metal oxide semiconductor field effect transistor；MOSFET）。儘管不同的厚度可能更適合此應用，具有相同成分的鐵電層107B可用作為高介電常數（high-ĸ）介電層。如同在記憶單元的應用中，低的氯含量有利於實現低的依時性介電崩潰（TDDB）。
第2圖是根據本揭露的一些面向，繪示出具有1T1C記憶裝置的積體電路裝置200，其包含電晶體227和鐵電電容器235。鐵電電容器235包含在頂電極237與底電極211之間的鐵電層107C。第一合金功函數金屬層121C位於頂電極237與鐵電層107C之間，並與鐵電層107C直接接觸。第二合金功函數金屬層121D位於底電極211與鐵電層107C之間，且其亦與鐵電層107C直接接觸。
鐵電電容器235設置於位於半導體基板239上方的金屬互連223中。金屬互連223包含了線路231和導孔233，其可被層間介電質115C圍繞。鐵電電容器235可以設置於金屬互連223中的第3與第4金屬層之間、第4與第5金屬層、或任意其它相鄰的一對金屬層之間。電晶體227可包含閘極225以及設置於半導體基板239的摻雜區228上方的閘極介電質229。源極∕汲極區221可由半導體基板239具有相反的摻雜類型的其他區域來提供。
鐵電電容器235可透過施加合適的電壓至字元線（word line；WL）、位元線（bit line；BL）、以及源極線（source line；SL）以作為記憶單元。若鐵電層107C具有合適的厚度以及合適的操作模式，其將會根據電偶極的極化來儲存資料。在這種情況下，鐵電電容器235為鐵電記憶單元。若鐵電層107C具有合適的厚度以及合適的操作模式，其將會根據電容器上的電荷來儲存資料。在這種情況下，鐵電電容器235為動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM）單元。
鐵電層107C為具有如對鐵電層107A所描述之成分替代物的材料。同樣地，層間介電質115C具有層間介電質115A的成分替代物。上方對於合金功函數金屬層121A的描述適用於每個第一合金功函數金屬層121C以及第二合金功函數金屬層121D。
第3A、3B、3C、4、5圖以及第6圖是根據本揭露形成記憶單元的方法，例示性繪示出剖面示意圖。雖然第3A、3B、3C、4、5圖以及第6圖是參照方法的各種實施例來描述，但應理解的是，第3A、3B、3C、4、5圖以及第6圖中所繪示的結構並不限於上述方法，而可獨立於上述方法。雖然第3A、3B、3C、4、5圖以及第6圖被描述為一系列的動作，但應理解的是，在其它實施例中，可以改變動作的順序。雖然第3A、3B、3C、4、5圖以及第6圖繪示出並描述了一組特定的動作，但在其它實施例中可以省略一些繪示出及∕或描述的動作。此外，未繪示及∕或未描述的動作可以包含在其他實施例中。雖然第3A、3B、3C、4、5圖以及第6圖的方法是以形成積體電路裝置100A的方式描述，但上述方法可用於形成其它積體電路裝置。
如第3A圖的剖面示意圖300所繪示，上述方法可先形成遮罩303並用於蝕刻基板103A中的溝槽301。蝕刻製程可為乾式蝕刻。遮罩303可使用光學微影製程來形成。在蝕刻之後，遮罩303可被剝除（stripped）。
如第3B圖的剖面示意圖320所繪示，可依次形成閘極電極105A、第二功函數金屬層123A、以及合金功函數金屬層121A以填充溝槽301。功函數金屬層121A是藉由原子層沉積（ALD）、化學氣象沉積（chemical vapor deposition；CVD）、或類似的製程自氣態前驅物所形成，且氣態前驅物不含氯。第二功函數金屬層123A可藉由原子層沉積、化學氣象沉積、物理氣象沉積（physical vapor deposition；PVD）、類似的製程、或任意其他合適的製程來沉積。在一些實施例中，第二功函數金屬層123A是藉由原子層沉積、化學氣象沉積、或類似的製程自氣態前驅物所形成，且氣態前驅物不含氯。閘極電極105A可藉由原子層沉積、化學氣象沉積、物理氣象沉積、電鍍、無電電鍍、類似的製程、或任意其他合適的材料來形成。在一些實施例中，閘極電極105A是藉由原子層沉積、化學氣象沉積、或類似的製程自氣態前驅物所形成，且氣態前驅物不含氯。使用氣態前驅物的製程更適用於形成合金以及其他複合物成分。相較於化學氣象沉積，原子層沉積允許能夠更精確地控制成分。此外，原子層沉積亦允許精確控制膜層的厚度。
如第3C圖的剖面示意圖340所繪示，可使用平坦化處理來移除閘極電極105A、第二功函數金屬層123A、以及合金功函數金屬層121A沉積於溝槽301外的多個部分。平坦化處理可為化學機械拋光（chemical mechanical polishing；CMP）或類似的製程。
如第4圖的剖面示意圖400所繪示，方法可繼續形成鐵電層107A。鐵電層107A是使用不含氯的氣態前驅物藉由化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）、或類似的製程來形成。在一些實施例中，鐵電層107A是由原子層沉積所形成，後文中將更充分地描述。原子層沉積提供了對膜層厚度的精確控制，亦有助於調節摻質（dopants）的添加，諸如鋁（Al）、矽（Si）、鑭（La）、鈧（Sc）、鈣（Ca）、鋇（Ba）、釓（Gd）、釔（Y）、以及類似的材料。當包含這些摻質時，這些摻質是由不含氯的氣態前驅物所提供。
如第5圖的剖面示意圖500所繪示，方法可繼續形成絕緣層109A以及通道層111A。絕緣層109A以及通道層111A可藉由化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）、上述之組合、或類似的製程、或任意其它合適的一或多個製程來形成。在一些實施例中，前述膜層是由不含氯的前驅物所形成。在一些實施例中，絕緣層109A是藉由原子層沉積（ALD）來形成。原子層沉積允許精確地控制絕緣層的厚度。化學氣象沉積以及原子層沉積製程有利於形成具有矽與金屬的複合物、矽與兩種金屬的複合物、或矽與兩種以上的金屬的複合物的絕緣層。原子層沉積允許最準確地控制成分。
如第6圖的剖面示意圖600所繪示，方法可繼續形成層間介電質115A於通道層111A上。層間介電質115A可藉由化學氣象沉積（CVD）、液態製程，諸如旋轉塗佈玻璃（spin-on-glass）製程、或類似的製程來形成。在一些實施例中，層間介電質115A為藉由化學氣象沉積使用矽烷（SiH
4）或四乙氧基矽烷（tetraethyl orthosilicate；TEOS）所形成的未摻雜矽酸鹽玻璃（USG）。
如第6圖所進一步繪示，可以形成光阻遮罩601並用來蝕刻層間介電質115A中的溝槽603。蝕刻溝槽603可包含乾式蝕刻製程，諸如電漿（plasma）蝕刻或任意其它合適的製程。溝槽603可以以導電材料透過原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、電鍍、無電電鍍、類似的製程、或任意其它合適的製程來填充，並接著進行平坦化以形成如第1A圖所繪示的結構。平坦化可為化學機械拋光（CMP）或任意其它合適的製程。在一些實施例中，溝槽603是藉由原子層沉積、化學氣象沉積、或類似的製程自氣態前驅物填充，且氣態前驅物不含氯。使用氣態前驅物以及原子層沉積特別有利於對填充成分的精準控制。
第7圖提供了說明本揭露所示之用於形成積體電路裝置的製程700的流程示意圖。製程700包含用於第1A圖的積體電路裝置100A的形成步驟，且亦包含鐵電層107A的形成方法，其可用於形成本揭露的其它實施例的其它鐵電層。雖然第7圖的製程700在本揭露被繪示並描述為一系列動作或事件，但應理解的是，這些繪示的動作或事件的順序不應以限制性的意義來解釋。舉例來說，除了本揭露繪示出及∕或描述的動作或事件之外，一些動作可以以不同的順序及∕或與其他動作或事件同時發生。此外，本揭露描述的一個或多個面向或實施例並非都需要實施所有繪示的動作，且本揭露描述的一個或多個動作可在一個或多個單獨的動作及∕或階段中進行。
製程700可以從動作701開始，蝕刻溝槽於基板中。第3A圖的剖面示意圖300提供作為示例。
製程700繼續進行動作702，形成底電極；動作703，沉積第二功函數金屬層；以及動作704，沉積合金功函數金屬層。第3B圖的剖面示意圖320提供作為示例。前述膜層可以沉積於動作701所形成的溝槽中。前述膜層可形成自不含氯的氣態前驅物。
動作705為化學機械拋光（CMP）。第3C圖的剖面示意圖340提供作為示例。
動作706為形成鐵電層。第4圖的剖面示意圖400提供作為示例。應理解的是，本揭露的鐵電層可形成於不同的結構中或在製程的不同階段形成。動作706可包含原子層沉積（ALD）製程，進一步由動作711、動作713、動作715、動作717、動作719、動作721、動作723、動作725所繪示。
在形成鐵電層之後，製程700可繼續進行動作707，形成絕緣層；以及動作708，形成通道層。第5圖的剖面示意圖500提供作為示例。形成絕緣層為可選的（optional）。絕緣層以及通道層可形成自不含氯的氣態前驅物。
動作709為形成源極與汲極結構。第6圖的剖面示意圖600搭配第1A圖提供作為示例。源極與汲極結構可形成自不含氯的氣態前驅物。
動作706，形成鐵電層，其可為原子層沉積（ALD）。原子層沉積涉及週期性地重複一系列的步驟，從而使鐵電層以可控的速率均勻地沉積。如圖所繪示，原子層沉積製程可從動作711開始，用水蒸氣或類似物進行脈衝（pulsing）。
脈衝指的是在有限的時間內將試劑（reagent）引入製程氣體流中。製程氣體可包含惰性載體，諸如氮氣或氬氣，其連續地流過含有基板的腔室（chamber）。腔室可透過真空系統連續地排氣。在一些實施例中，原子層沉積（ALD）製程是在次大氣壓（sub-atmospheric）下進行的。在一些實施例中，製程是在50托（torr）或50托以下的壓力下進行。在一些實施例中，製程在範圍為約1托至約10托的壓力下進行。在一些實施例中，製程是在範圍為約2托至約5托的壓力下進行。低壓有利於將前驅物維持在氣態。
透過吸收或吸附，在基板的表面上形成一層的水蒸氣。在形成鐵電層的化學反應中，水提供了氧來源。另一種可以代替水的合適的氧來源為，諸如O
2、O
3、或電漿O
2、或電漿O
3。脈衝會一直持續，直至表面的膜層形成。在一些實施例中，進行水脈衝的時間為60秒或更短。在一些實施例中，進行水脈衝的時間範圍為1秒至10秒。
水在表面上形成一層膜層之後，製程可繼續進行動作713，吹淨（purging）腔室。腔室可使用非反應性氣體進行吹淨。非反應性氣體可為氮氣。在一些實施例中，吹淨持續30秒或更短。在一些實施例中，吹淨持續1秒至10秒。在一些實施例中，吹淨持續5秒或更短。
製程可繼續進行動作715，脈衝不含氯的鋯前驅物。不含氯的鋯前驅物為鋯化合物，其與表面上的氧來源反應以形成包含鋯的膜層。會選擇在此製程條件下容易揮發的前驅物，其沉積的程度僅受表面上存在的氧來源（例如水）的量所限制，並且具有可接受的反應速率。在一些實施例中，脈衝鋯前驅物持續60秒或更短。在一些實施例中，脈衝鋯前驅物持續0.5秒至10秒。在一些實施例中，脈衝鋯前驅物持續約1秒至約5秒。
在一些實施例中，鋯前驅物是鋯化合物，其中鋯直接與碳鍵結。雙（甲基-η5-環戊二烯基）甲氧基甲基鋯（bis（methyl-η5-clyclopentadienyl）methoxymethylzirconium；Zr[CH
3C
5H
4]
2CH
3OCH
3或ZRCMMM）為示例。在一些實施例中，鋯前驅物是鋯化合物，其中鋯直接與氧鍵結。鋯（IV）叔丁醇（zirconium（IV）tert-butoxide；Zr[OC(CH
3)
3]
4或ZTB）為示例。在一些實施例中，鋯前驅物是鋯化合物，其中鋯直接與氮鍵結。在一些實施例中，鋯前驅物具有Zr（NR
1R
2）
4的形式，其中R
1以及R
2是有機官能團。四（二甲基胺基）鋯（IV）（tetrakis（dimethylamino）zirconium（IV）；Zr[N(CH
3)
2]
4或TDMAZ）以及四（乙基甲基胺基）鋯（IV）（tetrakis（ethylmethylamido）zirconium（IV）；Zr[N(CH
3)(C
2H
5)]
4或TEMAZ) 為示例。在一些實施例中，鋯前驅物是下方表格中所示的一種物質或其類似物：
| 雙（甲基-η5-環戊二烯基）甲氧基甲基鋯 Bis(methyl-η5-clyclopentadienyl)methoxymethylzirconium | Zr[CH 3C 5H 4] 2CH 3OCH 3 |
| 鋯（IV）叔丁醇 Zirconium(IV) tert-butoxide | Zr[OC(CH 3) 3] 4 |
| 四（二甲基胺基）鋯（IV） Tetrakis(dimethylamino)zirconium(IV) | Zr[N(CH 3) 2] 4 |
| 四（乙基甲基胺基）鋯（IV） Tetrakis(ethylmethylamido)zirconium(IV) | Zr[N(CH 3)(C 2H 5)] 4 |
| 雙（環戊二烯基）鋯（IV） Bis(cyclopentadienyl)zirconium(IV) | C 10H 12Zr |
| 雙（甲基-η5-環戊二烯基）甲氧基甲基鋯 Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl)methoxymethylzirconium | Zr(CH 3C 5H 4) 2CH 3OCH 3 |
| 二甲基雙（五甲基環戊二烯基）鋯（IV） Dimethylbis(pentamethylcyclopentadienyl)zirconium(IV) | C 22H 36Zr |
| 四（二甲基胺基）鋯（IV） Tetrakis(dimethylamido)zirconium(IV) | [(CH 3) 2N] 4Zr |
| 四（乙基甲基胺基）鋯（IV） Tetrakis(ethylmethylamido)zirconium(IV) | Zr(NCH 3C 2H 5) 4 |
| 二氧化鋯（IV）（雙2,4-戊二酮酸） Zirconium(IV) dibutoxide(bis-2,4-pentanedionate) | C 18H 32O 6Zr |
| 2-乙基己酸鋯（IV） Zirconium(IV) 2-ethylhexanoate | Zr(C 8H 15O 2) 4 |
| 四（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）鋯 Zirconium tetrakis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) | Zr(OCC(CH 3) 3CHCOC(CH 3) 3) 4 |
在動作715之後是動作717，亦即進行另一次吹淨。此吹淨可以類似於動作713的吹淨。接著是動作719，進行類似於動作711的另一個水脈衝；以及動作721，進行又一次吹淨。動作719以及動作721可與動作711以及動作713相似或相同，並且具有相同的描述。
製程可繼續進行動作723，脈衝不含氯的鉿前驅物。不含氯的鉿前驅物是鉿化合物，其與表面上的氧來源反應以形成包含鉿的膜層。會選擇在此製程條件下容易揮發的前驅物，其沉積的程度僅受表面上存在的氧來源（例如水）的量所限制，並且具有可接受的反應速率。在一些實施例中，脈衝鉿前驅物持續60秒或更短。在一些實施例中，脈衝鉿前驅物持續0.5秒至10秒。在一些實施例中，脈衝鉿前驅物持續約1秒至約5秒。
在一些實施方案中，鉿前驅物是鉿化合物，其中鉿直接與碳鍵結。雙（甲基-η5-環戊二烯基）二甲基鉿（bis（methyl-η5-clyclopentadienyl）dimethylhafnium；Hf[CH
3C
5H
4]
2CH
3OCH
3或HfD-CO2）以及雙（甲基-η5-環戊二烯基）甲氧基甲基鉿（bis（methyl-η5-clyclopentadienyl）methoxymethylhafnium；HfCH
3OCH
3[C
5H
4]
2或HfD-CO4）為示例。在一些實施例中，鉿前驅物是鉿化合物，其中鉿直接與氧鍵結。在一些實施例中，鉿前驅物是鉿化合物，其中鉿直接與氮鍵結。在一些實施例中，鉿前驅物具有Hf（NR
1R
2）
4的形式，其中R
1以及R
2為有機官能團。四（二甲基胺基）鉿（IV）（tetrakis（dimethylamino）hafnium（IV）；Hf[N(CH
3)
2]
4或TDMAH）以及四（乙基甲基胺基）鉿（IV）（tetrakis（ethylmethylamido）hafnium（IV）；Hf[N(CH
3)(C
2H
5)]
4或TEMAH）為示例。在一些實施例中，鉿前驅物是下表所描述的一種或多種物質，或其類似物：
| 雙（甲基-η5-環戊二烯基）二甲基鉿 Bis(methyl-η5-clyclopentadienyl)dimethylhafnium | Hf[CH 3C 5H 4] 2CH 3OCH 3 |
| 雙（甲基-η5-環戊二烯）甲氧基甲基鉿 Bis(methyl-η5-clyclopentadienyl)methoxymethylhafnium | HfCH 3OCH 3[C 5H 4] 2 |
| 四（二甲基胺基）鉿（IV） Tetrakis(dimethylamino)hafnium(IV) | Hf[N(CH3) 2] 4 |
| 四（乙基甲基胺基）鉿（IV） Tetrakis(ethylmethylamido)hafnium(IV) | Hf[N(CH 3)(C 2H 5)] 4 |
| 二甲基雙（環戊二烯基）鉿（IV） Dimethylbis(cyclopentadienyl)hafnium(IV) | (C 5H 5) 2Hf(CH 3) 2 |
| 叔丁醇鉿（IV） Hafnium(IV) tert-butoxide | Hf[OC(CH 3) 3] 4 |
| 異丙醇鉿異丙醇 Hafnium isopropoxide isopropanol | C 12H 28HfO 4 |
| 四（二乙基胺基）鉿（IV） Tetrakis(diethylamido)hafnium(IV) | [(CH 2CH 3) 2N] 4Hf |
| 四（二甲基胺基）鉿（IV） Tetrakis(dimethylamido)hafnium(IV) | [(CH 3) 2N] 4Hf |
| 四（乙基甲基胺基）鉿（IV） Tetrakis(ethylmethylamido)hafnium(IV) | [(CH 3)(C 2H 5)N] 4Hf |
在動作723之後是動作725，進行再一次吹淨並重複這些步驟，直至鐵電層已被建立到所需的厚度。在描述的製程中，將鋯納入（incorporate）鐵電層之中的動作與將鉿納入鐵電層之中的動作為交替進行。可選地，這些動作的比例各不相同，或者只使用納入鋯的動作或只使用納入鉿的動作。在一些實施例中，以每60秒或以更大的頻率沉積一層。選擇合適的前驅物允許實現所需的速率。
在一些實施方案中，可在鋯前驅物或鉿前驅物兩者中添加額外的前驅物，以提供金屬離子。可由額外的前驅物所提供的金屬離子的示例包含鋁（Al）、矽（Si）、鑭（La）、鈧（Sc）、鈣（Ca）、鋇（Ba）、釓（Gd）、釔（Y）、以及類似的金屬離子。在一些實施例中，額外的前驅物是下表中所示的一種物質或其類似物：
| 三（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）鋁 Aluminum tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) | Al(OCC(CH 3) 3CHCOC(CH 3) 3) 3 |
| 三異丁基鋁 Triisobutylaluminum | Al[(CH 3) 2CHCH 2] 3 |
| 三甲基鋁 Trimethylaluminum | Al(CH 3) 3 |
| 三（二甲基胺基）鋁（III） Tris(dimethylamido)aluminum(III) | Al(N(CH 3) 2) 3 |
| （3-胺基丙基）三乙氧基矽烷 (3-Aminopropyl)triethoxysilane | H 2N(CH 2) 3Si(OC 2H 5) 3 |
| N-仲丁基（三甲基矽基）胺 N-sec-Butyl(trimethylsilyl)amine | C 7H 19NSi |
| 1,3-二乙基-1,1,3,3-四甲基二矽氮烷 1,3-Diethyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane | C 8H 23NSi 2 |
| 十二甲基環己基矽烷 Dodecamethylcyclohexasilane | (Si(CH 3) 2) 6 |
| 六甲基二矽烷 Hexamethyldisilane | (Si(CH 3) 3) 2 |
| 六甲基二矽氮烷 Hexamethyldisilazane | (CH 3) 3SiNHSi(CH 3) 3 |
| 2,4,6,8,10-五甲基環戊矽氧烷 2,4,6,8,10-Pentamethylcyclopentasiloxane | (CH 3SiHO) 5 |
| 五甲基二矽烷 Pentamethyldisilane | (CH3) 3SiSi(CH 3) 2H |
| 四溴化矽 Silicon tetrabromide | SiBr 4 |
| 四乙基矽烷 Tetraethylsilane | Si(C 2H 5) 4 |
| 2,4,6,8-四甲基環四矽氧烷 2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxane | (HSiCH 3O) 4 |
| 1,1,2,2-四甲基二矽烷 1,1,2,2-Tetramethyldisilane | (CH 3) 2SiHSiH(CH 3) 2 |
| 四甲基矽烷 Tetramethylsilane | Si(CH 3) 4 |
| N,N′,N′′-三叔丁基矽烷三胺 N,N′,N′′-Tri-tert-butylsilanetriamine | HSi(HNC(CH 3) 3) 3 |
| 三（叔丁氧基）矽烷醇 Tris(tert-butoxy)silanol | ((CH 3) 3CO) 3SiOH |
| 三（叔戊氧基）矽烷醇 Tris(tert-pentoxy)silanol | (CH 3CH 2C(CH 3) 2O) 3SiOH |
| 三[N,N-雙（三甲基矽基）醯胺]釓（III） Tris[N,N-Bis(trimethylsilyl)amide]gadolinium(III) | Gd(N(Si(CH 3) 3) 2) 3 |
| 三（四甲基環戊二烯基）釓（III） Tris(tetramethylcyclopentadienyl)gadolinium(III) | C 27H 39Gd |
| 三（異丙基環戊二烯基）釓 Tris(isopropylcyclopentadienyl)gadolinium | C 24H 33Gd |
| 三乙基鎵 Triethylgallium | (CH 3CH 2) 3Ga |
| Trimethylgallium | Ga(CH 3) 3 |
| 三（二甲基胺基）鎵（III） Tris(dimethylamido)gallium(III) | C 12H 36Ga 2N 6 |
| 異丙醇鑭（III） Lanthanum(III) isopropoxide | C 9H 21LaO 3 |
| 三[N,N-雙（三甲基矽基）醯胺]鑭（III） Tris[N,N-bis(trimethylsilyl)amide]lanthanum(III) | La(N(Si(CH 3) 3) 2) 3 |
| 三（環戊二烯基）鑭（III） Tris(cyclopentadienyl)lanthanum(III) | La(C 5H 5) 3 |
| 鑭（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸） Lanthanum (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) | La(OCC(CH 3) 3CHCOC(CH 3) 3) 3 |
| 三（四甲基環戊二烯基）鑭（III） Tris(tetramethylcyclopentadienyl)lanthanum(III) | C 27H 39La |
| 三[N,N-雙（三甲基矽基）醯胺]釔 Tris[N,N-bis(trimethylsilyl)amide]yttrium | [[(CH 3) 3Si] 2N] 3Y |
| 三（丁基環戊二烯基）釔（III） Tris(butylcyclopentadienyl)yttrium(III) | Y(C 5H 4CH 2(CH 2) 2CH 3) 3 |
| 三（環戊二烯基）釔（III） Tris(cyclopentadienyl)yttrium(III) | Y(C 5H 5) 3 |
| 2-甲氧基乙氧基釔 Yttrium 2-methoxyethoxide | C 9H 21O 6Y |
| 三（異丙醇）釔（III） Yttrium(III) tris(isopropoxide) | C 9H 21O 3Y |
| 三（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）釔（III） Yttrium(III) tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) | Y(OCC(CH 3) 3CHCOC(CH 3) 3) 3 |
在一些實施例中，金屬離子為鋁（Al）或其類似物。在一些實施例中，金屬離子為矽（Si）或其類似物。在一些實施例中，金屬離子為鑭（La）或其類似物。在一些實施例中，金屬離子為釓（Gd）或其類似物。在一些實施例中，金屬離子為釔（Y）或其類似物。在一些實施例中，額外的前驅物包含與氧（O）、氮（N）、碳（C）、或上述之組合直接鍵結的金屬離子。在一些實施例中，額外的前驅物包含與碳（C）直接鍵結的金屬離子。在一些實施例中，額外的前驅物包含與氧（O）直接鍵結的金屬離子。在一些實施方案中，額外的前驅物包含僅與氧（O）及∕或碳（C）直接鍵結的金屬離子。在一些實施例中，額外的前驅物包含與氮（N）直接鍵結的金屬離子。
第8、9、10、11、12圖以及第13圖是根據本揭露形成記憶單元的另一方法，例示性繪示出剖面側視示意圖。雖然第8、9、10、11、12圖以及第13圖是參照方法的各種實施例來描述，但應理解的是，第8、9、10、11、12圖以及第13圖中所繪示的結構並不限於上述方法，而可獨立於上述方法。雖然第8、9、10、11、12圖以及第13圖被描述為一系列的動作，但應理解的是，在其它實施例中，可以改變動作的順序。雖然第8、9、10、11、12圖以及第13圖繪示出並描述了一組特定的動作，但在其它實施例中可以省略一些繪示出及∕或描述的動作。此外，未繪示及∕或未描述的動作可以包含在其他實施例中。雖然第8、9、10、11、12圖以及第13圖的方法是以形成積體電路裝置100B的方式描述，但上述方法可用於形成其它積體電路裝置。
如第8圖的剖面示意圖800所繪示，上述方法可以先形成記憶單元堆疊801於基板103B上。記憶單元堆疊801可以包含絕緣層109B、鐵電層107B、合金功函數金屬層121B、第二功函數金屬層123B、以及閘極電極105B。形成前述膜層的製程選項可分別與形成絕緣層109A、鐵電層107A、合金功函數金屬層121A、第二功函數金屬層123A、以及閘極電極105A的製程選項相同。
如第9圖的剖面示意圖900所繪示，可形成遮罩901並用於自記憶單元堆疊801圖案化記憶單元101B。遮罩901可使用光學微影來形成。圖案化可包含乾式蝕刻。在圖案化之後，遮罩901可被剝除。
如第10圖的剖面示意圖1000所繪示，可形成側壁間隔物125於記憶單元101B周圍。形成側壁間隔物125可包含沉積間隔物材料，諸如氮化矽（SiN）或其類似物，並接著進行蝕刻。
如第11圖的剖面示意圖1100所繪示，可使用側壁間隔物125在自對準（self-aligned）摻雜製程中摻雜源極區118B以及汲極區104B。
如第12圖的剖面示意圖1200所繪示，可形成層間介電質115B於記憶單元101B上方以及記憶單元101B周圍。形成層間介電質115B的製程選項可與形成層間介電質115A的製程選項相同。
如第13圖的剖面示意圖1300所繪示，可使用光學微影形成遮罩1303並用於圖案化開口1301於層間介電質115B中。可填充開口1301以形成源極耦合117B以及汲極耦合113B，如第1B圖所繪示。填充開口1301以形成源極耦合117B以及汲極耦合113B的製程選項可與填充溝槽603（參見第6圖）以形成源極耦合117A以及汲極耦合113A的製程選項相同。
第14圖提供了說明本揭露所示之用於形成積體電路裝置的製程1400的流程示意圖。製程1400包含用於第1B圖的積體電路裝置100B的形成步驟。雖然第14圖的製程1400在本揭露被繪示並描述為一系列動作或事件，但應理解的是，這些繪示的動作或事件的順序不應以限制性的意義來解釋。舉例來說，除了本揭露繪示出及∕或描述的動作或事件之外，一些動作可以以不同的順序及∕或與其他動作或事件同時發生。此外，本揭露描述的一個或多個面向或實施例並非都需要實施所有繪示的動作，且本揭露描述的一個或多個動作可在一個或多個單獨的動作及∕或階段中進行。
製程1400從動作1401、動作1403、動作1405、動作1407至動作1409，形成了如第8圖的剖面示意圖800所繪示的記憶單元堆疊。動作1401沉積絕緣層，動作1403沉積鐵電層，動作1405沉積合金功函數金屬層，動作1407沉積第二功函數金屬層，以及動作1409沉積閘極電極。前述動作可實質上分別與製程700的動作707、動作706、動作704、動作703、以及動作702相同。
動作1411圖案化記憶單元堆疊以定義記憶單元。第9圖的剖面示意圖900提供作為示例。
動作1413形成間隔物於記憶單元周圍。第10圖的剖面示意圖1000提供作為示例。
動作1415佈植源極與汲極區相鄰於記憶單元。第11圖的剖面示意圖1100提供作為示例。
動作1417沉積層間介電質於記憶單元上方及記憶單元周圍。第12圖的剖面示意圖1200提供作為示例。
動作1419形成用於源極與汲極連接的開口於層間介電質中。第13圖的剖面示意圖1300提供作為示例。
動作1421以導電材料填充開口以形成源極與汲極連接。動作1423為化學機械拋光（CMP）。第1B圖提供作為所形成的結構的示例。
在一些實施例中，鈦（Ti）、氮化鈦（TiN）、或一些其他包含鈦的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有鈦（Ti）、氮化鈦（TiN）、類似的材料、或其他鈦化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含四（二乙基胺基）鈦（IV）（tetrakis（diethylamido）titanium（IV） ；[(C
2H
5)
2N]
4Ti）、四（二甲基胺基）鈦（IV）（tetrakis（dimethylamido）titanium（IV）；[(CH
3)
2N]
4Ti）、四（乙基甲基胺基）鈦（IV）（tetrakis（ethylmethylamido）titanium（IV）；[(CH
3C
2H
5)N]
4Ti）、鈦（IV）二異丙醇雙（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）（titanium（IV）diisopropoxidebis（2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate）；Ti[OCC(CH
3)
3CHCOC(CH
3)
3]
2(OC
3H
7)
2）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，鉬（Mo）、氮化鉬（MoN）、或一些其他包含鉬的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有鉬（Mo）、氮化鉬（MoN）、類似的材料、或其他鉬化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含環戊二烯基鉬三羰基二聚體（cyclopentadienyl molybdenum tricarbonyl dimer；C
16H
10Mo
2O
6）、鉬六羰基（molybdenumhexacarbonyl；Mo(CO)
6）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，鎳（Ni）或包含鎳的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有鎳（Ni）或鎳化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含雙（環戊二烯基）鎳（II）（bis（cyclopentadienyl）nickel（II）；Ni(C
5H
5)
2）、雙（乙基環戊二烯基）鎳（II）（bis（ethylcyclopentadienyl）nickel（II）；Ni(C
5H
4C
2H
5)
2）、鎳（II）雙（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）（nickel（II）bis（2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate）；Ni(OCC(CH
3)
3CHCOC(CH
3)
3)
2）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，鋁（Al）、氮化鋁（AlN）、或一些其他包含鋁的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有鋁（Al）、氮化鋁（AlN）、類似的材料、或其他鋁化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含三（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）鋁（aluminum tris（2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate）；Al(OCC(CH
3)
3CHCOC(CH
3)
3)
3）、三異丁基鋁（triisobutylaluminum；[(CH
3)
2CHCH
2]
3Al）、三甲基鋁（trimethylaluminum；(CH
3)
3Al）、三（二甲基胺基）鋁（III）（tris（dimethylamido）aluminum（III）；Al(N(CH
3)
2)
3）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，銅（Cu）或包含銅的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有銅（Cu）或銅化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含雙（6,6,7,7,8,8,8-七氟-2,2-二甲基-3,5-辛二酮酸）銅（copper bis（6,6,7,7,8,8,8-heptafluoro-2,2-dimethyl-3,5-octanedionate）；Cu(OCC(CH
3)
3CHCOCF
2CF
2CF
3)
2）、雙（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸）銅（copper bis（2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate）；Cu(OCC(CH
3)
3CHCOC(CH
3)
3)
2）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，鉑（Pt）或包含鉑的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有鉑（Pt）或鉑化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含三甲基（甲基環戊二烯基）鉑（IV）（trimethyl（methylcyclopentadienyl）platinum（IV）；C
5H
4CH
3Pt(CH
3)
3）以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，釕（Ru）或包含釕的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有釕（Ru）或釕化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含雙（環戊二烯基）釕（II）（bis（cyclopentadienyl）ruthenium（II）；C
10H
10Ru）、雙（乙基環戊二烯基）釕（II）（bis（ethylcyclopentadienyl）ruthenium（II）；C
7H
9RuC
7H
9）、十二羰基三釕（triruthenium dodecacarbonyl；Ru
3(CO)
12）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，鉭（Ta）、氮化鉭（TaN）、或一些其他包含鉭的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有鉭（Ta）、氮化鉭（TaN）、類似的材料、或其他鉭化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含五（二甲基胺基）鉭（V）（pentakis（dimethylamino）tantalum（V）；Ta(N(CH
3)
2)
5）、鉭（V）乙醇（tantalum（V）ethoxide；Ta(OC
2H
5)
5）、三（二乙基胺基）（叔丁基亞胺基）鉭（V）（tris（diethylamido）（tert-butylimido）tantalum（V）；(CH
3)
3CNTa(N(C
2H
5)
2)
3）、三（乙基甲基胺基）（叔丁基亞胺基）鉭（V）（tris（ethylmethylamido）（tert-butylimido）tantalum（V）；C
13H
33N
4Ta）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，鎢（W）、氮化鎢（WN）、氮碳化鎢（WCN）、或一些其他包含鎢的化合物是由不含氯的氣態前驅物所形成。可用於形成具有鎢（W）、氮化鎢（WN）、氮碳化鎢（WCN）、類似的材料、或其他鎢化合物的不含氯的氣態前驅物的示例包含雙（叔丁基亞胺基）雙（叔丁基胺基）鎢（bis（tert-butylimino）bis（tert-butylamino）tungsten；(C
4H
9NH)
2W(C
4H
9N)
2）、雙（叔丁基亞胺基）雙（二甲基胺基）鎢（VI）（bis（tert-butylimino）bis（dimethylamino）tungsten（VI）；((CH
3)
3CN)
2W(N(CH
3)
2)
2）、雙（環戊二烯基）鎢（IV）二氫化物（bis（cyclopentadienyl）tungsten（IV）dihydride；C
10H
12W）、雙（異丙基環戊二烯基）鎢（IV）二氫化物（bis（isopropylcyclopentadienyl）tungsten（IV）dihydride；(C
5H
4CH(CH
3)
2)
2WH
2）、四羰基（1,5-環辛二烯）鎢（0）（tetracarbonyl（1,5-cyclooctadiene）tungsten（0）；C
12H
12O
4W）、六羰基鎢（tungsten hexacarbonyl；W(CO)
6）、以及類似的不含氯的氣態前驅物。
在一些實施例中，不含氯的金屬氣態前驅物為具有烴類官能團的金屬化合物。上方描述的每個不含氯的金屬氣態前驅物的示例為不含氯的金屬前驅物具有烴類官能團的金屬化合物的示例。
在一些實施例中，不含氯的金屬氣態前驅物為具有烴類官能團的金屬化合物。不含氯的金屬氣態前驅物為具有烴類官能團的金屬化合物的示例包含環戊二烯基鉬三羰基二聚體（cyclopentadienyl molybdenum tricarbonyl dimer；C
16H
10Mo
2O
6）、六羰基鉬（molybdenumhexacarbonyl；Mo(CO)
6）、十二羰基三釕（triruthenium dodecacarbonyl；Ru
3(CO)
12）、雙（異丙基環戊二烯基）鎢（IV）二氫化物（bis（isopropylcyclopentadienyl）tungsten（IV）dihydride；(C
5H
4CH(CH
3)
2)
2WH
2）、六羰基鎢（tungsten hexacarbonyl；W(CO)
6）、以及類似的不含氯的金屬氣態前驅物。前述化合物可具有特別高的沉積速率。
在一些實施例中，不含氯的金屬氣態前驅物為環戊二烯複合物。不含氯的金屬氣態前驅物為環戊二烯複合物的示例包含環戊二烯基鉬三羰基二聚體（cyclopentadienyl molybdenum tricarbonyl dimer；C
16H
10Mo
2O
6）、雙（環戊二烯基）鎳（II）（bis（cyclopentadienyl）nickel（II）；Ni(C
5H
5)
2）、雙（乙基環戊二烯基）鎳（II）（bis（ethylcyclopentadienyl）nickel（II）；Ni(C5H4C2H5)2）、三甲基（甲基環戊二烯基）鉑（IV）（trimethyl（methylcyclopentadienyl）platinum（IV）；C
5H
4CH
3Pt(CH
3)
3）、雙（環戊二烯基）釕（II）（bis（cyclopentadienyl）ruthenium（II）；C
10H
10Ru）、雙（乙基環戊二烯基）釕（II）（bis（ethylcyclopentadienyl）ruthenium（II）；C
7H
9RuC
7H
9）、雙（環戊二烯基）鎢（IV）二氫化物（bis（cyclopentadienyl）tungsten（IV）dihydride；C
10H
12W）、雙（異丙基環戊二烯基）鎢（IV）二氫化物（bis（isopropylcyclopentadienyl）tungsten（IV）dihydride；(C
5H
4CH(CH
3)
2)
2WH
2）、、以及類似的不含氯的環戊二烯複合物氣態前驅物。許多不同的金屬可形成至環戊二烯複合物之中。選擇環戊二烯複合物可提高用於形成具有各種成分的膜層的沉積製程的均勻性以及可預測性。在一些實施例中，沉積製程使用兩種環戊二烯複合物，對應至兩種不同的金屬。
在一些實施例中，不含氯的金屬氣態前驅物為具有氮官能團的金屬化合物。不含氯的金屬氣態前驅物為具有氮官能團的金屬化合物的示例包含四（二乙基胺基）鈦(IV)（tetrakis（diethylamido）titanium（IV）；[(C
2H
5)
2N]
4Ti）、四（二甲基胺基）鈦（IV）（tetrakis（dimethylamido）titanium（IV）；[(CH
3)
2N]
4Ti）、四（乙基甲基胺基）鈦（IV）（tetrakis（ethylmethylamido）titanium（IV）；[(CH
3C
2H
5)N]
4Ti）、三（二甲基胺基）鋁（III）（tris（dimethylamido）aluminum（III）；Al(N(CH
3)
2)
3）、五（二甲基胺基）鉭（V）（pentakis（dimethylamino）tantalum（V）；Ta(N(CH
3)
2)
5）、鉭（V）乙醇（tantalum（V）ethoxide；Ta(OC
2H
5)
5）、三（二乙基胺基）（叔丁基亞胺基）鉭（V）（tris（diethylamido）（tert-butylimido）tantalum（V）；(CH
3)
3CNTa(N(C
2H
5)
2)
3）、三（乙基甲基胺基）（叔丁基亞胺基）鉭（V）（tris（ethylmethylamido）（tert-butylimido）tantalum（V）；C
13H
33N
4Ta）、雙（叔丁基亞胺基）雙（叔丁基胺基）鎢（bis（tert-butylimino）bis（tert-butylamino）tungsten；(C
4H
9NH)
2W(C
4H
9N)
2）、雙（叔丁基亞胺基）雙（二甲基胺基）鎢（bis（tert-butylimino）bis（dimethylamino）tungsten（VI）；((CH
3)
3CN)
2W(N(CH
3)
2)
2）、以及類似的不含氯的金屬氣態前驅物。前述化合物在形成含氮的金屬化合物中可能特別有用。
本揭露的一些面向是關於積體電路裝置，其包含鐵電層，並具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，鐵電層為Hf
xZr
1-xO
2，其中0 ≤ x ≤ 1。在一些實施例中，鐵電的膜層是記憶單元的一部份。在一些實施例中，功函數金屬層與鐵電層直接接觸，其具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，功函數金屬層包含兩種不同金屬的合金。在一些實施例中，第二功函數金屬層亦與鐵電層直接接觸，其具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，閘極電極亦與鐵電層直接接觸，且其具有小於1 ppm的氯。
本揭露的一些面向是關於積體電路裝置，其包含記憶單元，記憶單元包含延伸於源極與汲極之間的通道、閘極電極、以及位於閘極電極與通道之間的鐵電層。記憶單元具有漏電流以及依時性介電崩潰（TDDB）速率。依時性介電崩潰速率定義為漏電流的初始值除以漏電流自初始值增加一倍的操作時間。依時性介電崩潰速率小於將1 ppm的氯加入至鐵電層時依時性介電崩潰速率所增加的量。
本揭露的一些面向是關於形成積體電路裝置的方法，其包含藉由原子層沉積（ALD）使用不含氯的前驅物形成鐵電層。在一些實施例中，不含氯的前驅物包含鋯（Zr）前驅物或鉿（Hf）前驅物。在一些實施例中，方法更包含自不含氯的氣態前驅物形成功函數金屬層，其中功函數金屬層與鐵電層直接接觸。在一些實施例中，功函數金屬層為合金功函數金屬層。在一些實施例中，不含氯的氣態前驅物包含具有烴類官能團的金屬化合物。在一些實施例中，不含氯的氣態前驅物包含具有羰基官能團的金屬化合物。在一些實施例中，不含氯的氣態前驅物包含具有氮官能團的金屬化合物。在一些實施例中，不含氯的氣態前驅物包含環戊二烯複合物中的金屬。
本揭露的一些面向是關於一種積體電路裝置，包含裝置，其包括鐵電層，其中鐵電層具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，積體電路裝置更包含第一功函數金屬層，其與鐵電層直接接觸，其中第一功函數金屬層具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，第一功函數金屬層包含兩種金屬的合金。在一些實施例中，積體電路裝置更包含金屬電極，以及第二功函數金屬層，第二功函數金屬層與第一功函數金屬層直接接觸，且第二功函數金屬層設置於第一功函數金屬層與金屬電極之間，以及第二功函數金屬層具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，金屬電極與鐵電層直接接觸，以及金屬電極具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，積體電路裝置更包含第二功函數金屬層，其與鐵電層直接接觸，第二功函數金屬層具有小於1 ppm的氯，鐵電層位於第一功函數金屬層與第二功函數金屬層之間。在一些實施例中，第二功函數金屬層包含兩種金屬的合金。
本揭露的一些面向是關於一種積體電路裝置，包含記憶單元，其包括鐵電層，記憶單元具有漏電流以及依時性介電崩潰速率，依時性介電崩潰速率定義為漏電流的初始值除以漏電流自初始值增加一倍的操作時間，以及依時性介電崩潰速率小於將1 ppm的氯加入至鐵電層時依時性介電崩潰速率所增加的量。在一些實施例中，記憶單元更包含閘極電極及通道，通道延伸於源極與汲極之間，以及鐵電層位於閘極電極與通道之間。在一些實施例中，積體電路裝置更包含第一功函數金屬層，其與鐵電層直接接觸，第一功函數金屬層位於鐵電層與閘極電極之間，以及第一功函數金屬層具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，第一功函數金屬層包含兩種金屬的合金。在一些實施例中，積體電路裝置更包含第二功函數金屬層，第二功函數金屬層與第一功函數金屬層直接接觸，且第二功函數金屬層設置於第一功函數金屬層與閘極電極之間，以及第二功函數金屬層具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，積體電路裝置更包含底電極以及頂電極，鐵電層位於底電極與頂電極之間，以及底電極耦合至電晶體的源極區或汲極區。在一些實施例中，積體電路裝置更包含第一功函數金屬層，其與鐵電層直接接觸，第一功函數金屬層具有小於1 ppm的氯。在一些實施例中，第一功函數金屬層包含兩種金屬的合金。
本揭露的一些面向是關於一種積體電路裝置的形成方法，包含形成記憶單元，記憶單元包含鐵電層，其中形成記憶單元的步驟包含藉由自不含氯的多個氣態前驅物沉積形成鐵電層。在一些實施例中，形成記憶單元的步驟更包含藉由自不含氯的所述氣態前驅物沉積形成功函數金屬層，以及使功函數金屬層與鐵電層直接接觸。在一些實施例中，形成記憶單元的步驟更包含藉由原子層沉積自不含氯的所述氣態前驅物沉積形成記憶單元的電極。在一些實施例中，所述氣態前驅物包含具有羰基官能團的金屬化合物。在一些實施例中，所述氣態前驅物包含了環戊二烯複合物中的金屬。
以上概述數個實施例之特徵，以使本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更加理解本發明實施例的觀點。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解，可輕易地以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及∕或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應理解，此類等效的結構並無悖離本發明的精神與範圍，且可以在不違背本發明之精神和範圍下，做各式各樣的改變、取代、以及替換。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100A:積體電路裝置
100B:積體電路裝置
101A:記憶單元
101B:記憶單元
103A:基板
103B:基板
104B:汲極區
105A:閘極電極
105B:閘極電極
107A:鐵電層
107B:鐵電層
107C:鐵電層
109A:絕緣層
109B:絕緣層
111A:通道層
111B:通道
113A:汲極耦合
113B:汲極耦合
115A:層間介電質
115B:層間介電質
115C:層間介電質
117A:源極耦合
117B:源極耦合
118B:源極區
121A:合金功函數金屬層
121B:合金功函數金屬層
121C:第一合金功函數金屬層
121D:第二合金功函數金屬層
122A:界面
123A:第二功函數金屬層
123B:第二功函數金屬層
124A:界面
125:側壁間隔物
126A:界面
128A:界面
200:積體電路裝置
221:源極∕汲極區
223:金屬互連
225:閘極電極
227:電晶體
228:摻雜區
229:閘極介電質
231:線路
233:導孔
235:鐵電電容器
239:半導體基板
300:剖面示意圖
301:溝槽
303:遮罩
320:剖面示意圖
340:剖面示意圖
400:剖面示意圖
500:剖面示意圖
600:剖面示意圖
601:光阻遮罩
603:溝槽
700:製程
701∕702∕703:動作
704∕705∕706:動作
707∕708∕709:動作
711∕713∕715:動作
717∕719∕721:動作
723∕725:動作
800:剖面示意圖
801:記憶單元堆疊
900:剖面示意圖
901:遮罩
1000:剖面示意圖
1100:剖面示意圖
1200:剖面示意圖
1300:剖面示意圖
1301:開口
1303:遮罩
1400:製程
1401∕1403∕1405:動作
1407∕1409∕1411:動作
1413∕1415∕1417:動作
1419∕1421∕1423:動作
BL:位元線
D:汲極
S:源極
SL:源極線
WL:字元線
由以下的詳細敘述配合所附圖式，可最好地理解本發明實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用於說明。事實上，可任意地放大或縮小各種元件的尺寸，以清楚地表現出本發明實施例之特徵。
第1A圖是根據本揭露的一些面向，繪示出積體電路裝置的剖面側視示意圖。
第1B圖是根據本揭露的一些其他面向，繪示出積體電路裝置的剖面側視示意圖。
第2圖是根據本揭露的一些其他面向，繪示出積體電路裝置的剖面側視示意圖。
第3A、3B、3C、4、5圖以及第6圖是根據本揭露形成諸如第1A圖的裝置的方法，例示性繪示出一系列的剖面側視示意圖。
第7圖提供了說明本揭露所示之包含鐵電層的積體電路裝置的形成方法的流程示意圖。
第8、9、10、11、12圖以及第13圖是根據本揭露形成諸如第1B圖的裝置的方法，例示性繪示出一系列的剖面側視示意圖。
第14圖提供了說明本揭露所示之包含鐵電層的積體電路裝置的形成方法的流程示意圖。
100B:積體電路裝置
101B:記憶單元
103B:基板
104B:汲極區
105B:閘極電極
107B:鐵電層
109B:絕緣層
111B:通道
113B:汲極耦合
115B:層間介電質
117B:源極耦合
118B:源極區
121B:合金功函數金屬層
123B:第二功函數金屬層
125:側壁間隔物
D:汲極
S:源極
Claims (7)
- 一種積體電路裝置，包括：一裝置，包括：一鐵電層；一第一功函數金屬層，與該鐵電層直接接觸；以及一第二功函數金屬層，與該鐵電層直接接觸，其中該鐵電層具有小於1ppm的氯。
- 如請求項1之積體電路裝置，其中該第一功函數金屬層具有小於1ppm的氯。
- 如請求項1或請求項2之積體電路裝置，更包括：一金屬電極，其中該第一功函數金屬層包括：兩種金屬的合金，其中該第二功函數金屬層與該第一功函數金屬層直接接觸，且該第二功函數金屬層設置於該第一功函數金屬層與該金屬電極之間，該第二功函數金屬層具有小於1ppm的氯，該金屬電極與該鐵電層直接接觸，以及該金屬電極具有小於1ppm的氯。
- 如請求項1或請求項2之積體電路裝置，其中該第二功函數金屬層具有小於1ppm的氯，該鐵電層位於該第一功函數金屬層與該第二功函數金屬層之間，其中該第二功函數金屬層包括：兩種金屬的合金。
- 一種積體電路裝置，包括：一記憶單元，包括：一鐵電層； 一第一功函數金屬層，與該鐵電層直接接觸，一底電極；以及一頂電極，其中該記憶單元具有一漏電流以及一依時性介電崩潰(time-dependent dielectric breakdown；TDDB)速率，其中該依時性介電崩潰速率定義為該漏電流的一初始值除以該漏電流自該初始值增加一倍的一操作時間，該依時性介電崩潰速率小於將1ppm的氯加入至該鐵電層時該依時性介電崩潰速率所增加的量，該鐵電層位於該底電極與該頂電極之間，該底電極耦合至一電晶體的一源極區或一汲極區，該第一功函數金屬層位於該鐵電層與該頂電極之間，以及該第一功函數金屬層具有小於1ppm的氯。
- 一種積體電路裝置的形成方法，包括：形成一記憶單元，該記憶單元包括：一鐵電層，其中形成該記憶單元的步驟包括：藉由自不含氯的多個氣態前驅物(gaseous precursors)沉積形成該鐵電層；藉由自不含氯的所述氣態前驅物沉積形成一第一功函數金屬層及一第二功函數金屬層；以及使該第一功函數金屬層及該第二功函數金屬層與該鐵電層直接接觸。
- 如請求項6之積體電路裝置的形成方法，其中形成該記憶單元的步驟更包括：藉由原子層沉積(atomic layer deposition；ALD)自不含氯的所述氣態前驅物沉積形成該記憶單元的一電極。
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| US17/716,330 | 2022-04-08 |
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| TW201743449A (zh) * | 2016-06-08 | 2017-12-16 | 聯華電子股份有限公司 | 半導體元件 |
| TW201909253A (zh) * | 2017-07-17 | 2019-03-01 | 聯華電子股份有限公司 | 半導體元件及其製作方法 |
| TW202110860A (zh) * | 2019-09-11 | 2021-03-16 | 美商慧盛材料美國責任有限公司 | 用於沉積矽摻雜的鉿氧化物的配方 |
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-
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- 2023-01-06 TW TW112100466A patent/TWI838066B/zh active
- 2023-03-28 CN CN202310311611.7A patent/CN116583113A/zh active Pending
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| TW201743449A (zh) * | 2016-06-08 | 2017-12-16 | 聯華電子股份有限公司 | 半導體元件 |
| US20180083141A1 (en) * | 2016-06-08 | 2018-03-22 | United Microelectronics Corp. | Semiconductor device |
| TW201909253A (zh) * | 2017-07-17 | 2019-03-01 | 聯華電子股份有限公司 | 半導體元件及其製作方法 |
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| TW202213898A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-04-01 | 日商半導體能源研究所股份有限公司 | 控制電路及電子裝置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116583113A (zh) | 2023-08-11 |
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